白曉民智能電網(wǎng)技術與標準研究進展課件

智能電網(wǎng)技術與標準研究進展

中國電力科學研究院

2012年11月15日1.工程和技術進展

2.從實例看研究重點與方向

3.IEC標準組織與SG3工作1.1國家電網(wǎng)智能電網(wǎng)建設MapofDemonstrationProjects.StateGridhascarriedout3groupsofpilotprojects,totally21categoriesor228items.Thepilotscopecovers26provinces.開展了世界范圍內規(guī)模最大的智能電網(wǎng)試點工程建設，覆蓋了經(jīng)營區(qū)域的26個省市。StateGridhasimplementedabigroundofconstructionofsmartgriddemonstrationprojectscoveringalltheserviceareas.1.分布式發(fā)電與可再生能源

2.從實例看研究重點與方向

3.下階段SG3計劃例1：從智能變電站說起—什么是智能變電站，下一代變電站常規(guī)變電站、數(shù)字化變電站與智能變電站的差異性分析：從變電站定位、功能、管理等方面，對一次設備智能化、信息基礎、對時要求、智能應用到輔助系統(tǒng)智能化進行差異性分析。項目常規(guī)變電站數(shù)字化變電站智能變電站信息標準化缺乏標準化基于IEC61850的部分標準化基于IEC61850的全面標準化統(tǒng)一配置工具無有，缺少一次設備及拓撲關系的統(tǒng)一配置有，包含變電站二次設備、一次設備及拓撲關系的統(tǒng)一配置源端維護無無有一次設備智能化無無有二次設備網(wǎng)絡化控制無無有順序控制缺少統(tǒng)一實現(xiàn)缺少統(tǒng)一實現(xiàn)統(tǒng)一實現(xiàn)同步對時非網(wǎng)絡對時IRAG-B，部分采用SNTP網(wǎng)絡對時網(wǎng)絡對時，采用IEC61588網(wǎng)絡記錄分析無部分工程配置有王晶晶，關于常規(guī)變電站、數(shù)字化變電站與智能變電站差異化問題的探討，

華北電科院，2010一次設備智能化的差異性智能高級應用差異性：

1）實現(xiàn)全站告警信息的分類告警、信號過濾、基于邏輯推理的智能告警，提出事故及異常處理方案；（2）實現(xiàn)電壓/無功協(xié)調連續(xù)控制、變壓器經(jīng)濟運行、電能質量控制；（3）支持設備信息和運行維護策略與調度中心/集控中心實現(xiàn)全面互動，實現(xiàn)基于設備狀態(tài)的全壽命周期管理；（4）實現(xiàn)自適應保護功能，在電網(wǎng)緊急運行狀態(tài)下，與相鄰變電站和調度中心/集控中心協(xié)調配合，可動態(tài)改變繼電保護和穩(wěn)定控制的策略及參數(shù)。什么是智能電器--AMI應用-需求響應智能電器：可自動對電價信號和其他信號做出響應與AMI和EMS通信，共同工作當智能電表顯示動態(tài)電價發(fā)生變化時，智能家電可自動調整其運行方式可跟蹤TOU或其他電價模式，在出現(xiàn)高峰電價時間做出響應用戶可設置控制參數(shù)DynamicPricing(DP)TimeofUsePricing(TOU，分時計價)CriticalPeakPricing(CPP)CriticalPeakRebate(CPR)/PeakTimeRebate(PTR)RealTimePricing(RTP)與幾類電價密切相關：EstimatesofPercentageReductioninLoadCompilationofEdisonElectricInstitute2008StudySource:例3：美國企業(yè)在開展的項目--GreenButtonGreenButton是一種應用：使電力用戶能夠從他們的電力公司或電力供應商網(wǎng)站安全地下載自己需要的易于理解的能源使用信息。GreenButton基于由美國商務部國家標準與技術研究院支持的企業(yè)合作開發(fā)的一個常規(guī)技術標準。有了這個標準，軟件開發(fā)人員和其他企業(yè)家們能夠建立一個足夠大的市場,開發(fā)幫助消費者充分利用其能源使用情況的應用程序。對用戶GreenButton可以幫助你得到能源使用數(shù)據(jù)（通用格式），你可以選擇使用應用程序來幫助你更好的管理能源。能源使用信息會告訴你:每15分鐘,每天,或每個月你使用多少電量或能量，這取決于你購電公司的允許情況。美國能源部也推出了一個在線地圖顯示公共公司在提供客戶能源數(shù)據(jù)方面取得的進展。如果你的公司不是以GreenButton通用格式提供數(shù)據(jù),你可以對他們提出要求或發(fā)送GreenButton的鏈接給他們了解。你還可以看到哪些公司正在為企業(yè)和消費者開發(fā)應用程序或服務來使用GreenButton的標準數(shù)據(jù)。通過上傳你的GreenButton數(shù)據(jù)，可以使用越來越多的程序。BACKGreenButton可為客戶以一種標準安全的方式提供能源使用信息。GreenButton中“DownloadmyData”功能受越來越多的公共公司技術供應商支持。GreenButton也符合隱私性和安全性，因為客戶必須首先在公司網(wǎng)站入口通過用戶名和密碼登錄認證后才能看到和下載信息。如果客戶允許,消費者之間可以分享自己的數(shù)據(jù)。對電力企業(yè)GreenButton給你一個展示價值和見解、建議的方式，幫助消費者應用能源使用信息。GreenButton強大的數(shù)據(jù)類型可以使用通用的XML格式,你可以即刻設想和開發(fā)應用這種數(shù)據(jù)格式的應用程序來實現(xiàn)一些用戶可能需要的功能，例如：提供建議:在網(wǎng)站上分析能源使用情況，為用戶提供更加環(huán)保的可行建議溫度調節(jié):既節(jié)省又舒適的自動調整溫度思想教育:社區(qū)之間和學生之間節(jié)能競賽改進措施:提高決策支持工具來促進節(jié)能改造驗證成效:衡量能源效率投資房產(chǎn)交易:對租戶或購買者收取能源費用太陽能使用:優(yōu)化屋頂太陽能電池板的大小和成本效益對服務或應用提供商在GreenButton提出后加州的太平洋燃氣電力公司和圣迭戈燃氣電力公司在自己的網(wǎng)站上就提供了生動的功能。南加州愛迪生公司，Glendale電力與照明，Oncor，Pepco控股公司和其他幾個美國公共公司共同宣布他們計劃在2012年底推出一些功能。最近,又有九個公共公司承諾采用GreenButton，確保2700萬戶家庭能夠訪問他們自己的能源信息。GreenButton進展到目前為止,美國公共公司將共同在華盛頓特區(qū)和下面17個州推行GreenButton:阿肯色州、加州、伊利諾伊州、印第安納州、肯塔基州、路易斯安那州、馬里蘭州、馬薩諸塞州、密歇根州、北卡羅來納州、俄亥俄州、俄克拉荷馬州、賓夕法尼亞州、田納西州、德克薩斯州、維吉尼亞、西維吉尼亞州。2011全球光伏電池前12名有9名是中國大陸和臺灣的光伏企業(yè)站系統(tǒng)MW例5：關鍵是市場競爭MarketGrowthfrom27GWpin2011to46GWpin2015Source:IMSResearch,March20122011Installs2015FInstallsGermany7520MWpChina9375MWpItaly6570MWpUSA7500MWpChina2500MWpGermany5000MWpUSA2060MWpJapan4500MWpJapan1360MWpIndia3800MWpFrance1330MWpItaly3500MWpTheNextPhaseOfPVGrowth:Where?TheLargestEnergyMarketsareDrivingTheNextPhaseofGrowth18TheNextPhaseOfPVGrowth:Where?技術標準首先需遵守國家層面的相關法律法規(guī)，其次需滿足行業(yè)層面的導則與規(guī)范通過頂層設計與系統(tǒng)規(guī)劃，推動導則與規(guī)范的補充完善，促進相關法律法規(guī)的制訂修改，使法律法規(guī)、導則規(guī)范能適應智能電網(wǎng)發(fā)展建設的實際需要。建立和完善系統(tǒng)的法律法規(guī)體系，加強國家標準制定管理水平，推進標準化進程頂層設計與系統(tǒng)規(guī)劃例5：頂層設計和跨領域研究本表對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)特性進行分類，以確立不同需求目標下的數(shù)據(jù)傳輸要求

數(shù)據(jù)分成特性和類型或量值.特性包括：使用分類；距離，信息傳送時間；延時；同步；可靠性；數(shù)量；安全等。類型或量值指的是：確定通信需求必須要確定的具體參數(shù)。從不同角度建立體系結構來確立智能電網(wǎng)的組成元素及其關聯(lián)。要建立的系統(tǒng)架構有：概念性架構、功能性架構、通信架構、信息安全架構、信息架構、面向服務的架構?？蓪㈩愃萍軜嫷慕⒆鳛樯罨芯康哪繕送ㄟ^互操作參考模型，組成跨領域系統(tǒng)各實體間功能交互、通信和信息集成例6：工作策略與方法自下而上和自上而下tooutlineastrategyandaworkmethod(combinedbottom-upandtop-down)thathasbeenapprovedduringtheplenarymeetingandrecordedinthecirculatedminutes(118/15/RM)copied/pastebelow:“Afterseveraldeepdiscussionsandproposalsfromparticipants,theChairmansummarizedthattheworkofPC118willbecarriedoutthroughtwomainconcurrentapproaches.Oneisbottom-upbycollectingandanalyzingwhatexistscurrentlyasmainuserinterfacesolutions.Probablythetwentyorthirtysolutionsmightshareactuallyalimitednumberoffundamentalconceptsandarchitectures.Hecommentedthatthisisanecessaryinventoryefforttoacknowledgeandtakeintoaccountwhatdifferentgroupshavebeenproducing,andtheresultwillbevaluablyputinperspectivefortheindustryinawhitepaperoratechnicalreport.Andthattheindustrymightneedseveralsolutionsdependingonspecificsoftheapplicationcase.Thecomplementaryapproachistop-downbyanalyzingneedsandUseCases,anddistillingRequirementsfromtheindustry.Thereforeitwillbepossibletomatchwhich“familyofsolutions”willmatchtowhich“familyofneeds”,anddecidethedevelopmentofmissingpiecesorlinks.”工程需要的基礎性工作，開發(fā)和利用新的系統(tǒng)分析工具-Usecase 軟件工程和系統(tǒng)工程；方法學，工具，架構，支持應用。開發(fā)系統(tǒng)或子系統(tǒng)的用戶功能需求用例提供一個或多個場景，表明系統(tǒng)如何與用戶（角色actor)交互，以便完成特定的商業(yè)目標或功能。角色可以是終端用戶或其他系統(tǒng)。通常避免技術分析，表明用戶和領域專家意見，通常由商業(yè)分析師和終端用戶合作完成。無論是在開發(fā)和修改相關體系，還是描述接口、協(xié)議和數(shù)據(jù)格式，抑或是修改現(xiàn)有標準或制定新標準時，都需要具有高度系統(tǒng)化的方法。用例需要方法論和IT工具在以下幾個方面支持：模板；用例管理；用例之間的互聯(lián)；協(xié)調指導用戶ICS29.020中華人民共和國國家標準GB/ZXXXXX—XXXX能源系統(tǒng)開發(fā)用戶需求的智能電網(wǎng)系統(tǒng)工程方法IntelliGridMethodologyforDevelopingRequirementforEnergySystemsIDT（征求意見稿）（本稿完成日期：2011年2月20日）XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施系統(tǒng)工程方法

TC8用2年多時間開發(fā)了IEC-PAS-62559是智能電網(wǎng)體系架構的一部分，系統(tǒng)工程概念，為電力系統(tǒng)領域專家在自動化系統(tǒng)中確定和描述用戶需求制定的一套方法。智能電網(wǎng)方法學從“技術規(guī)范”中分離出“用戶需求”的概念：用戶需求只確定需要是“什么”而不涉及任何特定的設計或技術，而技術規(guī)范則確定“如何”實現(xiàn)系統(tǒng)以滿足用戶需求。負責人確定業(yè)務需求和項目計劃，領域專家用用例進行用戶需求建模，項目工程師制定詳細的用戶需求體系。整個涉及系統(tǒng)架構設計，技術選擇，工程迭代的工作流程。

1.分布式發(fā)電與可再生能源

2.從實例看研究重點與方向

3.下階段SG3計劃近期IECSG3工作Roadmap2.0:2011.6開始計劃；新的架構；midterm(5-years)andlongterm(15-years)；將IECSmartGridframework與CEN/CENELEC/ETSI

的SmartGridgenericreferencearchitecture對接。

UseCase工作組：分成方法學與11個領域組；更新UseCase方法學，將IECPAS62559變成國際標準；選擇和發(fā)布系列genericUsesCases；UseCases庫的管理MappingChart：標準的UseCase模板；以UseCase做參考，提取需求計劃召開世界智能電網(wǎng)大會（原體系架構大會）

Ref.CEN/CENELEC/ETSI-SGCGReportonStandardisationGapsPrioritisationfortheSmartGrid-Atthatstage,theworkprogrammeincludestherevisionof20standards,andthecreationof29standards.T+15(2020)進一步加強中壓MV(meso)和低壓網(wǎng)絡(macro)中電網(wǎng)與聯(lián)網(wǎng)設施的接口和交互的通信和控制（DER支持下的網(wǎng)絡恢復；存儲設施，中級的水和沼氣，微觀的電動車）大規(guī)模能量存儲，氫能，TrappingtheWind，補償大型風電場氣候相關的輸出即插即用，上傳和下載能量和相關信息，以及希望/需要的控制（智能家居與智能建筑）隱私、計算機安全，以及安全與確?；ゲ僮?/p>

網(wǎng)絡調度機構與可發(fā)電用戶（Prosumer）、商業(yè)實體或交易商的交互，按規(guī)定提供專業(yè)指導和支持關于宏觀、中級和微觀層面(macro,mesoandmicrolevel)的平衡與恢復，重點在中級和微觀層面的自愈與自維持設施的混合系統(tǒng)方法30T+15

通信帶寬大幅增加，使得智能電網(wǎng)能連接數(shù)百萬設備和傳感器，為支持簡化電網(wǎng)的所有設備間的互操作，需要下列新的標準，涉及：開發(fā)出的新的通信媒體先進的規(guī)約支持這種高帶寬和大規(guī)模設備連接大數(shù)據(jù)“BigData”的存儲和實時的時間序列分析端對端計算機安全以確保這些數(shù)據(jù)及其隱私

隨著更多可再生能源，風能和太陽能的接入電網(wǎng)，隨機變化成為重要問題，緩解可再生能源產(chǎn)生的發(fā)電波動會帶動需要新的儲能技術，新的標準重點在于:存儲技術控制器將IEC61850擴展到存儲和逆變器用于存儲和逆變器的安全

31遠期發(fā)展技術與標準-1-智能調度：智能監(jiān)控、預警和決策支持水平的全景信息和一體化支撐平臺技術;特高壓互聯(lián)電網(wǎng)和大容量風電接入后電網(wǎng)安全穩(wěn)定綜合預警及輔助決策技術;構建不同調度層面電網(wǎng)安全穩(wěn)定智能預警、輔助決策和控制系統(tǒng)，以及極端外部條件下電網(wǎng)運行風險評估及防御體系。實現(xiàn)大電網(wǎng)連鎖事件條件下的智能預警、各類新型發(fā)輸電設備的高效調控和特高壓交直流混合電網(wǎng)的精細化控制。需要充分發(fā)揮各類電源特長，實施多能源互補，促進風電、光電更好地并網(wǎng)消納，擴展新能源發(fā)展市場空間，提高可再生能源比重，實現(xiàn)節(jié)能減排目標。32遠期發(fā)展技術與標準-2-繼電保護：

隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴大和新設備的應用，對電網(wǎng)及電力設備控制保護水平的要求不斷提高，電網(wǎng)廣域信息獲取技術的完善為新的保護體系的形成提供了條件?；诰C合信息應用的多維度層次化保護體系將為未來電網(wǎng)運行提供可靠保障。新的保護控制體系的構建需要研究和完善以下技術：多維度層次化保護體系架構各層次保護控制系統(tǒng)間的協(xié)同處理機制層次化保護控制系統(tǒng)間的信息交互原則層次化保護控制系統(tǒng)的可靠性評估技術

節(jié)能環(huán)保將成為未來電力技術發(fā)展應用的主題之一，電網(wǎng)保護裝置在滿足選擇性、速動性、靈敏性及可靠性需求的前提下，將向功能集成、設備緊湊、結構微型的芯片保護方向發(fā)展，以實現(xiàn)保護裝置免維護、低耗能、與一次設備一體化的技術發(fā)展目標，芯片保護技術的發(fā)展將以以下技術為支撐：控制保護設備專用芯片專用芯片與通用CPU接口技術適用于芯片保護的保護原理芯片保護與被保護設備間的接口技術芯片保護的機械、電磁、環(huán)境標準33

伴隨著新能源發(fā)電在電網(wǎng)中所占比例逐漸升高的同時，新能源發(fā)電場站的容量也越來越大，并呈現(xiàn)出高電壓等級集中并網(wǎng)、大容量遠距離輸送消納的特點，對保證大容量新能源發(fā)電安全、可靠并網(wǎng)運行的技術和標準均提出了迫切需求。這些標準需求主要集中在以下方面：新能源資源評價與功率預測；并網(wǎng)技術條件；規(guī)劃與設計；并網(wǎng)試驗與評估；運行與維護；系統(tǒng)級控制及安全防御；分析與評估。34遠期發(fā)展技術與標準-3-新能源：智能變電站標準差異包括：缺少變電站缺乏信息互動標準。缺少智能變電站經(jīng)濟運行標準。缺少變電站檢修技術規(guī)范。缺少設備運行態(tài)勢感知和自診斷標準。標準建議：制定變電站數(shù)據(jù)總線及其接口標準，促進調度、測量、控制、保護、計量、狀態(tài)監(jiān)測、生產(chǎn)管理等不同子系統(tǒng)之間的信息互動。制定超導變壓器、電力電子設備、模塊化變電站技術規(guī)范，建成第二代智能變電站，滿足經(jīng)濟運行要求。制定變電站設備自動化檢修技術規(guī)范，特別是狀態(tài)檢修，減少停電時間。制定基于傳感器技術的設備態(tài)勢感知和自診斷標準，采用標準化的信息傳輸方式和數(shù)據(jù)接口，建設自治型變電站。35遠期發(fā)展技術與標準-4-智能變電站：

從傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的故障響應到實現(xiàn)系統(tǒng)故障下的自愈，需要以下新標準的支持：超實時的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析技術；自適應的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定預防控制和緊急控制技術；對故障引發(fā)的系統(tǒng)震蕩或級聯(lián)事件的發(fā)展進行實時監(jiān)測，如存在可能導致大面積停電的高風險時，將實施主動解列、靈活分區(qū)、自適應切負荷等控制措施，有效降低電力系統(tǒng)大停電的風險；電力系統(tǒng)發(fā)生故障后,系統(tǒng)部分負荷停電甚至處于解列狀態(tài)乃至全網(wǎng)停電，采用自適應的恢復控制技術在盡量少的時間內,最大限度地恢復系統(tǒng)至新的正常運行狀態(tài)。36遠期發(fā)展技術與標準-5-電網(wǎng)穩(wěn)定控制：UseCasetaskteamTheTC8AhG4UseCases，DCT6,metinMarch2012inTokyo.AdditionallytheMethodologyandDomainCoreTeams(DCTs)meeton-linemonthly.Therearealotofusecasesavailable,bothcreatedandcollectedinsideandoutsidetoIEC;i.e.->noneedtoinventnewusecases;Majorchallengeistogroupsimilarusescasesandcompilethemintoagenericusecase.371MethodologyTeamand11DCTsTransmissionGridManagementDistributionGridManagement/MicrogridsSmartSubstationAutomationDistributedEnergyResourcesAdvanced(SmartGridand)MeteringInfrastructureSmartHome/Commercial/Industrial/DR-CustomerEnergyManagementEnergyStorageElectricTransportation(ET)AssetManagementBulkGenerationMarketDCT6,hasprovided1stexamplesongenericusecases.DCT6willactas“tester”forthemethodologyteamGoal:toprovidea1stsetofdomainspecificgenericusecasesbyfall2012，inOslo38歐洲首批標準分析報告歐洲計劃在2012年提出首批標準報告。建立3個工作組包括體系架構，Uss和安全。主要為IECstandards，也考慮

ITU,ISO,IEEE,IETF,….等。兩個主要參考模型IECSG3Mappingchart工具智能電網(wǎng)架構SGAM研究的主要思路：

由UseCases出發(fā)；

根據(jù)SG3的mappingchart中的部件components，進行系統(tǒng)的研究；利用智能電網(wǎng)結構模型SmartGridArchitectureModel(SGAM),SG3mappingchart的(componentlayer)相關的標準(IS,TS,TR),歐洲標準(Cen,Cenelec(~98%IEC),Etsi)國際標準(IEC,ISO,ITU)其它標準(IEEE,IETF,W3C,OASIS,…)表明可用的標準和其來源SmartGridArchitecturemodelAsset&MaintenancemanagementsystemE企業(yè)市場運行場站過程現(xiàn)場發(fā)電輸電配電分布式電源用戶側資產(chǎn)GenerationManagementSystemSubstationautomationsystemWAMSEMSSCADASystemFACTSSubstationautomationsystemFeederautomationDist.PowerQualitycontrolDMSSCADA&GISSystemAMISystemDEROperationSystemEMSandVPPsystemSmartLoadsAggregatedprosumermanagementMarketplacesTradingsystemsFACTSWeatherForecast&ObservationsystemMetering-related

BackOfficesystems+CommunicationnetworkmanagementsystemClockreferencesystemAuthenticationauthorizationaccountingsystemsDeviceremoteconfigurationsystem42SGAM:

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